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馬鋼4000m3高爐一代爐齡中后期長壽綜合治理

時間:2019-06-03 13:59來源:馬鋼第三煉鐵廠 作者:安吉南 丁暉 廖海 點擊:
  • 摘  要  馬鋼(A、B)4000m3高爐一代爐齡已近10年,高爐爐缸、爐底及冷卻系統均出現老化現象,對高爐安全平穩運行產生影響。通過對爐底區域安裝加固裝置、冷卻壁查漏和安裝微型冷卻器、建立爐缸侵蝕模型等措施,保證了爐況的穩定順行。大型高爐長壽的根本是爐況的穩定。在高爐穩定順行的前提下,積極探索上下部氣流調整,結合精料管理,高爐穩定順行1000天。

    關鍵詞  大型高爐   穩定順行   長壽治理   精料

    1  前言

    馬鋼(A、B)4000m3高爐于2007年投產,由中冶華天公司設計,設置4個鐵口,36個風口,采用了銅冷卻壁、薄壁爐襯、炭磚-陶瓷杯復合爐缸、軟水密閉循環冷卻系統、PW型串罐無料鐘爐頂、TRT爐頂余壓回收裝置等成熟工藝。爐缸、爐底采用“陶瓷杯+全炭磚爐底”結構,爐底水冷管設計在爐底封板下部,爐底1層為平砌高導熱炭磚,2-4層為平砌半石墨炭磚,5-14層為陶瓷杯本體(微孔炭磚BC-7S),15-19層為半石墨炭磚。2011年初兩座高爐爐底封板出現不同程度的上漲,2015年10月29日和12月7日完成兩座高爐爐底板監控系統。同時,通過建立爐缸侵蝕模型、高爐冷卻壁漏水治理、爐內氣流調整,實現了高爐1000天穩定順行。(A、B)4000m3高爐主要特征如表1:

    2  爐底板上翹治理技術特點

    2.1  爐底板監控設備投運

    馬鋼第三煉鐵總廠兩座(A、B)4000m3高爐,2007年投產后三年多發現爐底板上翹,爐底板四周翹起與基礎之間距離高達200㎜左右。兩座高爐爐底板上翹,導致整個爐殼上漲,影響高爐設備的安全,特別是高爐爐缸的安全。

    為恢復爐底水冷管的冷卻效果,沿爐底封板一周在高爐基礎上采用化學植筋的方式預埋M36~M42的錨栓108個,通過壓板扣住爐底板并在空隙中填充高導熱灌漿料。

    在爐底H梁位置設置輔助壓緊裝置,從38根爐底H型鋼梁(HM250×170)兩端設置76件輔助壓緊裝置“小鞋子”(L型裝置), 其底板與爐底H型鋼梁焊接,通過壓板扣住爐底板。然后利用爐底H型鋼梁的拉力來平衡爐殼上漲力,從而增加抑制爐底板上翹的力。同時保證了爐底H型鋼梁與爐底板相對穩定,確保爐底板與爐底H型鋼梁的塞焊連接不被進一步拉開,防止爐底板的進一步損壞發生漏煤氣情況。

    完成抑制上漲力的措施后,及時對爐底板下部澆注填料,實施防止回落的措施。在澆注填料的實施前,要同步完成爐底測溫點,和位移監測裝置的安裝調試;同步建立在線監控系統。以更加準確的掌握上翹爐底板的溫度、位移變化趨勢。

    2.2  爐缸模型和水溫差監測

    爐缸的侵蝕是不可避免的,國內外典型爐缸結構是冷卻壁-搗打料-炭磚陶瓷杯結構,這種傳熱結構最大的不確定因素在于搗打料層。高爐由休風到生產的過程中,有檢測數據表明爐殼被施加一個70MPa的環向應力。另外查文獻知[1],對搗實的國內碳素搗打料施加50MPa的作用力,搗打料會發生3%-8%的變形量。高爐生產與休風的交替和爐缸熱應力的變化,會導致搗打料層發生變形量,變形的結果會產生氣隙。有文獻顯示[2],根據高爐爐缸氣體成分測算的氣體導熱系數是0.042W/m.k,相當于炭磚導熱系數的1/300,會嚴重影響炭磚的熱量向冷卻壁傳導,這是爐缸炭磚侵蝕的重要原因。

    建立爐缸侵蝕檢測體系的目的是了解和掌握爐缸侵蝕狀況,便于及時發現侵蝕部位,采取有效措施控制侵蝕的進一步發展。我廠監控主要包括以下幾個內容:

    (1)爐缸溫度監控和爐缸侵蝕模型

    爐缸區域的炭磚電偶溫度可以直接反映爐缸耐材的溫度,通過計算可以得到爐缸內的溫度場分布情況,并間接反映侵蝕狀況。由于各高爐的爐缸炭磚材質和砌筑技術有區別,炭磚電偶溫度的數值代表的意義也不盡相同,下表為馬鋼高爐爐缸監測的側壁溫度管理值。

    根據在爐缸設置的熱電偶所測量的溫度,利用平板傳熱、有限元等方法建立爐缸侵蝕模型,能夠比較直觀地反映爐缸的侵蝕情況。例如,圖1為馬鋼A高爐1#鐵口方位鐵口中心線上方690mm處復式電偶通過模型計算得出該處磚襯殘厚和凝鐵殼厚度變化趨勢。(2)爐缸冷卻水水溫差監控

    爐缸水溫差監控可以直接反映冷卻壁承受的熱負荷水平,并且結合同區域的炭磚溫度曲線可以綜合判斷爐缸氣隙的狀況。A、B高爐自動投運的水溫差監控包括爐缸周向所有的冷卻壁水管,測量值是1層-4層冷卻壁水溫差之和,由于高度方向上包含的冷卻壁有4塊,區域過大無法準確與炭磚溫度對應。2016年底開始對1-4層鐵口區域冷卻壁每層出水增加檢測電偶,因單塊冷卻壁水溫差數值較小,需要水溫差電偶和電氣系統的精確度都要很高,安裝后監測更加精細、準確。

    2.3  爐體冷卻壁漏水治理

    爐體冷卻壁治理主要是對爐體冷卻設備的統計分析,控制適宜的邊緣氣流,達到穩定爐墻渣皮,減緩爐墻侵蝕,保持穩定操作爐型的目的。

    2.3.1  冷卻壁本體管破損分析

    開爐后,由于高爐原燃料保供經驗不足,導致爐況冬季周期性波動,爐體磚襯侵蝕嚴重。從2012年開始,A、B高爐冷卻壁水管破損數量呈明顯上升趨勢,對高爐操作造成很大影響。

    看出,A高爐冷卻壁破損較多,主要集中在2014年底至2015年5月之間,同期高爐爐況穩定性不好,邊緣氣流不受控,造成冷卻壁磚襯的大量損壞。2015年6月以后,高爐重點優化煤氣流的調整,保證中心氣流的前提下控制適當的邊緣氣流,磚襯渣皮穩定性改善。另一方面,通過對破損冷卻壁的水量精確監控和控制,對破損通道大于2根的冷卻壁實施灌漿盲死并安裝微型冷卻器,減少漏入爐內的水量同時增加了冷卻強度,促進渣皮的穩定。

    2.3.2  微冷安裝及破損分析

    面對冷卻壁本體管破損嚴重的問題,A高爐采用在冷卻壁上鉆孔安裝微型冷卻器的技術。安裝的微型冷卻器作為破損凸臺和冷卻水管的補充,增大冷卻強度,同時微型冷卻器相當于冷卻壁上的錨固件,作為渣皮生成的根基,可在爐墻上穩定形成一層厚度適當的渣皮,作為爐墻的保護襯。既有利于高爐長壽,又有利于爐況的穩定順行。

    A高爐2016年以來共安裝炮彈頭 12個,均處于爐身中下部鑄鐵和銅冷卻壁交界處的鑄鐵冷卻壁部位。首批安裝的炮彈頭4個月發生漏水情況,后期通過對炮彈頭的優化改進,炮彈頭壽命有所提高。

    3  爐內操作優化

    高爐長期保持穩定是高爐長壽的根本,馬鋼高爐操作者通過各個環節的努力,做到了在現有原燃料條件下穩定順行1000天的階段性目標,也為高爐長壽打下堅實基礎。

    3.1  保供精料

    馬鋼目前高爐原燃料保供仍處于保障數量的較低水平,而大型高爐對于原燃料質量的要求相對較高。因此,在目前保供的大環境下需要積極主動的做好內部管理,從而保障高爐的穩定順行。

    (1)燒結礦質量和性能的穩定,對高爐影響很大,往往在混勻礦料條轉換期間高爐出現大幅波動。因此,2015年初開始采用混勻礦料條轉換期間兩老帶一新的模式,優化后燒結礦換堆過程對高爐爐況的影響逐步減小,促進高爐的穩定順行。

    (2)焦炭的質量對于大型高爐來說意義重大。我廠積極跟蹤高爐焦丁和返焦粉的數量及焦炭冷、熱態性能,發生異常情況及時向公司預警,焦化廠積極協調調整配煤比和生產,從而相對及時的糾正焦炭質量劣化趨勢。同時,在現有焦炭粒度下,擴大部分焦炭倉篩齒間距(25mm→28mm),增大高爐中心焦炭粒度同時提高焦丁比用量,為高爐穩定順行打下基礎。

    (3)入爐有害元素控制:馬鋼4000m3高爐檢測的有害元素包括鋅、鉀和鈉。鋅容易氣化,鋅蒸汽進入磚縫,氧化成ZnO后膨脹,破壞爐身上部耐火磚襯。堿金屬如果入爐量超過高爐排堿能力,就會形成堿金屬富集,球團礦堿金屬含量高會異常膨脹引起嚴重粉化,惡化料柱透氣性。同樣,堿金屬與焦炭反應會大幅降低高爐下部焦炭的強度,影響高爐穩定順行。

    馬鋼4000m3高爐入爐鋅負荷2016年1-3月份連續偏高,月平均值達到300g/t,最高達到367g/t。公司對高爐入爐原料進行全面檢查,燒結礦鋅含量偏高主要是配用的煉鋼污泥中鋅含量過高導致。因此,對燒結配用煉鋼污泥數量和有害元素含量進行控制,燒結礦鋅含量逐步正常,2016年5月以后高爐入爐鋅負荷總體保持220g/t水平,促進高爐穩定順行。

    3.2  爐內氣流調整

    鑒于馬鋼大型高爐的原燃料現狀,及開爐一直以來的周期性波動,2014年3月兩座高爐逐步從失常中恢復后,馬鋼高爐操作者逐步去除中心焦,發展兩道氣流的布料模式。下圖為2014年4月中心加焦的典型模式和目前的兩道氣流模式對比:

    在3年多摸索去中心焦的過程中,馬鋼(A、B)4000m3高爐基本解決了在現有原燃料條件下高爐的穩定順行關。通過兩道氣流的模式轉換,高爐壓差水平由175kpa下降至165kpa,冷卻壁渣皮穩定性改善,高爐操作燃料比下降至500kg/t水平。

    4  結語

    (1)馬鋼(A、B)4000m3高爐開爐3年多出現爐底板上漲,采用爐基化學植筋扣緊裝置進行處理并灌入導熱澆注料,延緩了爐底板上漲趨勢,改善了爐底水冷管對爐底的冷卻效果,為高爐實現穩定順行打下基礎。

    (2)依據馬鋼現有原燃料條件,逐步過渡中心焦模式,發展兩道氣流的操作模式。高爐壓差降低,冷卻壁渣皮穩定性改善,為高爐穩定、降耗提供保障。

    (3)通過對燒結礦和焦炭質量性能的優化,嚴格控制入爐有害元素,為高爐提升指標提供有力保障。

    (4)通過爐底板和爐缸監控系統,實時監控高爐爐底、爐缸區域的工作狀況,發現異常及時處理,不僅促進了爐底、爐缸的穩定運行,同時抑制了爐殼的過快上漲,避免冷卻壁水管擠壓造成的損壞。

    (5)對于漏水通道較多的冷卻壁應當及早安裝微型冷卻器,可以避免冷卻壁破損的進一步擴大,減少爐內漏水,穩定耐材熱面渣皮厚度。

    5  參考文獻

    [1]項仲庸.國外高爐爐缸長壽技術研究[J].中國冶金,2013,23(7):1.

    [2]程樹森,楊天鈞,左海燕,等.高爐爐身下部及爐缸、爐底冷卻系統的傳熱學計算[J].鋼鐵研究學報,2004,16(5):11.

    (責任編輯:zgltw)
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